مفاهيم هامة في البطاريات Important concepts in batteries (الجزء الاول)

مفاهيم هامة في البطاريات- الجزء الاول

توجد بعض المصطلحات الفنية في عالم البطاريات التي قد تبدو غامضة وتحتاج للتوضيح

 قبل الخوض في انواع البطاريات ومنها على سبيل المثال 

سعة الطاقة Power capacity وقدرة الطاقة (Power capability) ، الجهد الاسمي(nominal voltage) ،

 جهد الشحن(charging voltage) ،تيار الشحن(charging current) ، تيار التفريغ (discharging current) ،

 جهد القطع (cut-off voltage) ، مدة الصلاحية (shelf life) ، دورة الحياة (life cycle)  الخ 

ودعونا نناقش كل مصطلح في هذا الموضوع .

1-  سعة الطاقة Power capacity :-

وهي الطاقة المختزنة في البطارية وتقاس بالواط ساعة WattHour وهي تعبر

 عن الجهد مضروبا في التيار الذي تستطيع البطارية ان تنتجهما مضروبا في 

الزمن بالساعة  والذي يمكن فيه الحصول على كلا منهما  (Wat. hour = V * I * hours) 

او بمعنى اخر هو الزمن الذي تستطيع من خلاله البطارية توفير تيار مساوي لمعدل تيار 

التفريغ عند الجهد الاسمي للبطارية ،  وحيث ان الجهد يكون ثابت بشكل كبير بسبب الكيمياء 

الداخلية للبطارية لذا يتم قياس السعة  بـ  mAh ولكن لابد من ذكر جهد البطارية حتى تكتمل

 معلومات طاقة البطارية  ، لذا أثناء قراءة مواصفات بطارية  الهاتف الذكي ، اذا كانت سعة

 بطارية الجوال مثلا 2500 مللي أمبيرساعة ، فماذا يعني ذلك ؟؟ 

يعني أن البطارية لديها القدرة على توصيل تيار قيمته 2500 مللي أمبير(2.5) أمبير إلى 

الحمل لمدة ساعة واحدة ، مع الاخذ في الاعتبار ان الوقت الذي ستعمل فيه البطارية 

يعتمد على تيار الحمل الذي تستهلكه ، فمثلا إذا كان الحمل يستهلك فقط 25 مللي أمبير

 من التيار ، فيمكن أن تظل البطارية تعمل لمدة 100 ساعة (25 مللي أمبير * 100 ساعة )

وبالمثل اذا كان الحمل  250 مللي أمبير فستعمل لمدة 10 ساعات وهكذا ، 

وكلما زادت سعة البطارية يعني انها تستطيع ان تعمل لوقت اطول ومقدار تيار 

اكبر مع ملاحظة ان  الحسابات النظرية قد تبدو مثالية فقد  تتغير الفترة وتتأثر 

السعة بناءً على عوامل اخرى مثل  درجة الحرارة وعمر 

وتاريخ انتاج البطارية وتيار الشحن والتفريغ وطريقة استخدام البطارية . 

2-  قدرة الطاقة (Power capability) :-

ونقصد به مقدار التيار الذي يمكن للبطارية فعليا توصيله للحمل 

ويُعرف أيضًا باسم التصنيف C (C-rating) ، يتم حسابها 

من الناحية النظرية على أنها Ah مقسومة على ساعة واحدة وكمثال للتوضيح  :- 

اذا كان لدينا  بطارية بسعة طاقة 10000 مللي أمبيرساعة 

ونريد ان نعرف قدرة طاقتها ، نقوم بقسمة 10000 مللي أمبير

ساعة على  1 ساعة تعطي 10000 مللي أمبير = 10 أمبير 

ويكون تصنيفها حينئذ  C10 ، مما يعني أن هذه البطارية 

لديها القدرة على توصيل تيار 10 أمبير بجهد ثابت 

وهو رقم ممتاز ويوجد في بطاريات حمض الرصاص ،

 اما إذا كانت البطارية مثلا حاصلة على تصنيف 1C ،

 فإن البطارية لديها القدرة على  توصيل تيار بقيمة  1 أمبير ،

 وكلما كان التصنيف C  أعلى كلما زاد التيار الذي يمكن 

سحبه من البطارية، ومع ذلك ، فإن كمية التيار التي يمكننا

 استخلاصها بالفعل (قدرة الطاقة) من البطارية غالبًا 

ما تكون محدودة. على سبيل المثال ، لا يمكن للخلية المصنفة 1C أن توفر

 1 Amp  لمدة ساعة ، في الواقع لا يمكنها حتى توفير 0.1 Amp بدون

 تجاوز هذا الحد بنفسها  ، مثل القول بأن الإنسان لديه القدرة على السفر

 حتى 30 كم ، بالطبع الركض لمسافة 30 كم يختلف كثيرًا عن المشي!

 وبالمثل ، لا تواجه البطارية من فئة  1 Ah  مشكلة في توفير 1mA لمدة 1000 ساعة ، 

ولكن إذا حاولت سحب 100 mA منها ، فستدوم أقل من 10 ساعات. وفي الصورة 

الموضحة نجد ان على سبيل المثال ، يمكن لبطارية من نوع الخلايا 

المعدنية coin cell أن تدفع المقاوم 3.9 Kohm وتوفر 

له 230 mAh (وهو ما تم تقديره للمقاوم) قبل أن تنخفض إلى 2V ، 

ولكن إذا كانت مقاومة 1Kohm ، 

فإنها ستوفر 125mAh فقط 

3-  الجهد الاسمي (Nominal voltage) :-

جهد الخلية الاسمي هو متوسط ​​الجهد الذي تخرجه الخلية عند شحنها ويعتمد الجهد الاسمي للبطارية 

على التفاعل الكيميائي بداخلها فمثلا ستخرج بطارية السيارة التي تحتوي على حمض 

الرصاص 12 فولت ‘وسوف ينخفض هذا ​​الجهد المقاس على البطارية أثناء تفريغها فمثلا  

ستنتج بطارية  الليثيوم بوليكر(LiPo) المشحونة بالكامل حوالي 4.23 فولت ، بينما عند 

تفريغ جهدها قد يكون أقرب إلى 2.7 فولت.

وفيما يلي جدول لانواع البطاريات وجهدها الاسمي وكيميائها الداخلية

Common batteries, their chemistry, and their nominal voltage
Battery Shape	Chemistry	Nominal Voltage	Rechargeable?
AA, AAA, C, and D	Alkaline or Zinc-carbon	1.5V	No
9V	Alkaline or Zinc-carbon	9V	No
Coin Cell	Lithium	3V	No
Silver Flat Pack	Lithium Polymer (LiPo)	3.7V	Yes
AA, AAA, C, D (Rechargeable)	NiMH or NiCd	1.2V	Yes
Car Battery	Six-cell lead acid	12.6V	Yes

4-  تيار الشحن (Charging current) :-

وهو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن تطبيقه لشحن البطارية بالكامل ، 

عمليا يمكن تطبيق تيار بقمة 1A or 2A  إذا كانت دائرة حماية 

البطارية مدمجة ولكن لا يزال 500 مللي أمبير هو أفضل نطاق لشحن البطارية.

5-  جهد الشحن (Charging voltage) :-

هو الحد الأقصى للجهد الذي يجب تطبيقه على البطارية لشحن البطارية بكفاءة.

 في الأساس 4.2 فولت هو جهد الشحن الأفضل والقياسي وعلى الرغم من أننا نطبق 5 فولت 

على البطارية ، فإنها لا تقبل سوى 4.2 فولت فقط .

6-  تيار التفريغ (Discharging current) :-

وهو التيار الذي يمكن سحبه من البطارية ويتم توصيله إلى الحمل ، 

إذا كان التيار المسحوب من الحمل أكبر من تيار التفريغ المقنن  ، 

فإن البطارية تنفد بسرعة كبيرة مما يؤدي إلى تسخين البطارية 

وقد يؤدي أيضًا إلى انفجار البطارية ، لذلك فمن الواجب تحديد 

كمية التيار المسحوب بواسطة الحمل وكذلك أقصى تيار تفريغ يمكن للبطارية ان تحجبه .

وفي الموضوع القادم نستكمل باقي المفاهيم ان شاء الله 

المصادر 

·       https://components101.com/articles/different-types-of-batteries-and-their-uses
·       https://www.pveducation.org/pvcdrom/battery-characteristics/battery-capacity
·       https://learn.adafruit.com/all-about-batteries/power-capacity-and-power-capability
·       https://learn.sparkfun.com/tutorials/battery-technologies/all
·       https://www.upsbatterycenter.com/blog/understanding-battery-shelf-life/
·       https://energyeducation.ca/encyclopedia/Energy_density_vs_power_density
·       https://batteryuniversity.com/learn/article/battery_definitions
سبحانك اللهم وبحمدك اشهد الا اله الا انت استغفرك وأتوب اليك